De nouveaux systèmes CNS/ATM un enjeu de taille

Pas­sage à l’an 2000 ! Une grande ques­tion et un défi pour le monde de l’informatique, un enjeu de taille éga­le­ment pour une pla­nète qui sort de sa quié­tude et qui res­semble de plus en plus à un vil­lage en ébul­li­tion, où cha­cun s’active et se déplace pour le tra­vail, pour les loi­sirs ou tout sim­ple­ment pour se rencontrer.

Sin­ga­pour, centre de contrôle du tra­fic aérien © AIRSYS ATM

Dans cette évo­lu­tion, le trans­port aérien joue un rôle capi­tal, et sa pro­gres­sion régu­lière résiste à toutes les crises : envi­ron 5 % d’aug­men­ta­tion du tra­fic pas­sa­ger chaque année pour l’Eu­rope, et de l’ordre de 10 % pour la région Asie-Paci­fique. Pour l’Eu­rope, cela se tra­duit par un dou­ble­ment de capa­ci­té sur quinze ans, et pour l’A­sie, c’est plu­tôt un dou­ble­ment sur huit ans ; ceci repré­sente un énorme défi en par­ti­cu­lier pour la zone à haute den­si­té, déli­mi­tée par Londres – Amster­dam – Franc­fort – Paris, qui va pro­gres­si­ve­ment s’é­tendre vers le sud.

C’est un défi en termes de capa­ci­té et per­for­mances, de sûre­té de fonc­tion­ne­ment des sys­tèmes et de sécu­ri­té des vols et, éga­le­ment, en termes de com­pé­ti­tion et de coûts pour les com­pa­gnies aériennes et pour les passagers.

À cela, il faut ajou­ter la sen­si­bi­li­té du public aux pro­blèmes de l’en­vi­ron­ne­ment, et donc la dif­fi­cul­té d’ex­ten­sion ou de créa­tion d’aé­ro­ports en Europe, même si les niveaux de pol­lu­tion et de bruit des avions ont été consi­dé­ra­ble­ment réduits depuis quinze ans.

C’est dans ce contexte exi­geant qu’Air­sys ATM, l’un des trois lea­ders mon­diaux du domaine, pré­pare une nou­velle géné­ra­tion de sys­tèmes CNS/ATM, c’est-à-dire de sys­tèmes de com­mu­ni­ca­tion, navi­ga­tion, sur­veillance et leur exploi­ta­tion à tra­vers les sys­tèmes ATM de ges­tion du tra­fic aérien.

Une nouvelle génération ! Pourquoi ?

Une nou­velle géné­ra­tion de sys­tèmes, qui s’ap­puient sur de nou­veaux concepts… pourquoi ?

Eh bien, tout sim­ple­ment parce que la géné­ra­tion actuelle ne per­met­tra pas de répondre à la demande de dou­ble­ment de capa­ci­té et aux nou­veaux besoins des com­pa­gnies de trans­port aérien.

Tout en conser­vant la même sécu­ri­té des vols, il va fal­loir réduire la dis­tance de sépa­ra­tion des avions en vol, sor­tir des routes aériennes tra­di­tion­nelles défi­nies par les balises de radio­na­vi­ga­tion, mul­ti­plier les cou­loirs aériens, suivre les avions avec plus de pré­ci­sion, les iden­ti­fier en toute cer­ti­tude, pla­ni­fier les vols en fai­sant abs­trac­tion des sec­teurs de contrôle et des fron­tières des États, donc des sys­tèmes natio­naux, pré­voir et résoudre les conflits de tra­jec­toires bien plus tôt qu’au­jourd’­hui, per­mettre des chan­ge­ments de routes faciles, et prendre les déci­sions en col­la­bo­ra­tion avec les dif­fé­rents acteurs : contrô­leurs, pilotes, com­pa­gnies aériennes, auto­ri­tés aéroportuaires…

Bref, il s’a­git d’une évo­lu­tion majeure, dont l’en­jeu est la véri­table conquête et la maî­trise de l’es­pace aérien, depuis l’aé­ro­port et son envi­ron­ne­ment immé­diat, jus­qu’à l’es­pace » en route « , qui mène aux aéro­ports plus lointains.

De nouvelles technologies en vue

Dans ce contexte exi­geant, des solu­tions sont envi­sa­geables grâce aux pro­grès des télé­com­mu­ni­ca­tions, des tech­niques satel­li­taires et de la puis­sance infor­ma­tique qui peut se dif­fu­ser dans tous les sys­tèmes et équi­pe­ments, et leur insuf­fler tou­jours plus de puis­sance et » d’intelligence « .

Le concept qui s’im­pose, c’est le maillage infor­ma­tique entre le sol et le bord, c’est-à-dire entre les avions, les centres de contrôle du tra­fic, les aéro­ports et les centres d’o­pé­ra­tion des com­pa­gnies aériennes, sans oublier les hommes (pilotes et contrô­leurs), qui res­tent et res­te­ront pour long­temps des maillons déci­sifs dans la boucle de sur­veillance, de pla­ni­fi­ca­tion et de contrôle du tra­fic aérien.

Trois axes de progrès

Dans ce contexte, des pro­grès signi­fi­ca­tifs sont en vue, dans cha­cun des domaines : C, N, S et ATM et nous y tra­vaillons dans un cadre non seule­ment euro­péen, mais aus­si mon­dial, car l’i­dée de déve­lop­per un FANS (Future Air Navi­ga­tion Sys­tem) a été adop­tée par l’Or­ga­ni­sa­tion de l’a­via­tion civile inter­na­tio­nale (OACI) dès 1983. Cepen­dant, sa mise en place se fait sur une base régio­nale, en par­tant de situa­tions et d’in­fra­struc­tures dif­fé­rentes mais avec les mêmes types d’a­vions, pou­vant voler par­tout dans le monde et devant s’in­té­grer dans des chaînes CNS/ATM simi­laires et inter­opé­rables. En Europe, la Confé­rence euro­péenne de l’A­via­tion civile (36 pays) a lan­cé, dès 1990, le pro­gramme EATCHIP d’har­mo­ni­sa­tion des sys­tèmes, qui ver­ra son achè­ve­ment en l’an 2000 ; le pro­gramme EATMS, basé sur les nou­veaux concepts, pren­dra ensuite le relais jus­qu’à l’ho­ri­zon 2015.

Toute l’Eu­rope y tra­vaille, sous la coor­di­na­tion d’Eu­ro­con­trol et avec le sup­port de la Com­mis­sion euro­péenne, en par­ti­cu­lier pour les pro­grammes-cadres de recherche et déve­lop­pe­ment et aus­si grâce aux pro­grammes de sou­tien au déve­lop­pe­ment de réseaux tran­seu­ro­péens (TEN).

Une meilleure surveillance

Pour la sur­veillance conti­nen­tale, le radar pri­maire reste l’ou­til néces­saire dans la zone d’ap­proche des aéro­ports et notre nou­velle géné­ra­tion de radars, le STAR 2000, béné­fi­cie des pro­grès tech­no­lo­giques en matière de trai­te­ment de signal. Cepen­dant, le pro­grès le plus signi­fi­ca­tif est lié au déve­lop­pe­ment du radar secon­daire mode S et le pre­mier pro­gramme pré-opé­ra­tion­nel (POEMS) a été lan­cé par Euro­con­trol avec le sup­port de l’Al­le­magne, la Bel­gique, la France, la Hol­lande et le Royaume-Uni.

Le Mode S (Sélec­tif) auto­rise une iden­ti­fi­ca­tion unique de chaque aéro­nef par un code par­ti­cu­lier (plus de 16 mil­lions d’a­dresses dis­po­nibles), il per­met de retrans­mettre au sol les don­nées de vol des avions grâce à la Sur­veillance enri­chie, et il assure la com­mu­ni­ca­tion entre sol et bord par liai­son de don­nées des mes­sages gérés auto­ma­ti­que­ment. Il per­met la mise en réseau des inter­ro­ga­teurs au sol assu­rant ain­si une opti­mi­sa­tion du sui­vi du vol de l’avion.

Le Mode S pré­sente une conti­nui­té de ser­vice avec les sys­tèmes actuels et offre ain­si des élé­ments uniques de sécu­ri­té et d’a­mé­lio­ra­tion de la ges­tion du tra­fic aérien.

Pour les zones à faible den­si­té de tra­fic, zones océa­niques ou zones déser­tiques, la solu­tion FANS qui s’im­pose, c’est l’u­ti­li­sa­tion de la Sur­veillance dépen­dante auto­ma­tique (ADS), qui per­met de com­mu­ni­quer auto­ma­ti­que­ment au sol la posi­tion de l’a­vion (issue de la cen­trale iner­tielle ou cal­cu­lée par satel­lites GPS) mais aus­si son plan de vol et des don­nées spé­ci­fiques locales, cap­tées par l’a­vion, telles que les don­nées météo­ro­lo­giques. Ceci, évi­dem­ment, sup­pose un moyen de com­mu­ni­ca­tion qui peut être, par exemple, le satel­lite ou les tech­niques radio VHF.

Une révolution dans la navigation

Vil­nius, Litua­nie, radar pri­maire d’ap­proche TA 10 MTD avec radar secon­daire RMS 970 © AIRSYS ATM

Pour la navi­ga­tion, c’est évi­dem­ment l’a­vè­ne­ment du satel­lite qui ouvre le plus de pers­pec­tives de chan­ge­ments. Les Sys­tèmes GNSS de navi­ga­tion par satel­lite (Glo­bal navi­ga­tion satel­lite sys­tem) s’ap­puient sur des constel­la­tions de satel­lites lan­cés pour des appli­ca­tions mili­taires ; ce sont les GPS amé­ri­cains et GLONASS russes, des constel­la­tions de 24 satel­lites, qui gra­vitent autour de la Terre et per­mettent à chaque ins­tant de se repé­rer par tri­an­gu­la­tion. Ces sys­tèmes ont d’a­bord été lan­cés à des fins mili­taires, pour ser­vir aux posi­tion­ne­ments rela­tifs des uni­tés mili­taires en opération.

Ils ne répondent pas for­cé­ment aux exi­gences de la navi­ga­tion aérienne en termes de pré­ci­sion, de cou­ver­ture de ser­vice et d’in­té­gri­té, et néces­sitent donc des com­plé­ments uti­li­sant notam­ment des sta­tions de cor­rec­tions dif­fé­ren­tielles au sol, des moyens de com­mu­ni­ca­tion et des équi­pe­ments de bord. Ces com­plé­ments en cours d’é­tude s’ap­pellent WAAS aux États-Unis, MSAS au Japon et EGNOS en Europe. Ce sont des sys­tèmes à l’é­chelle d’un conti­nent qui couvrent la plu­part des besoins de navi­ga­tion, à l’ex­cep­tion de l’ap­proche de grande pré­ci­sion. Dans ce cas, des com­plé­ments locaux (LADGPS) s’a­vèrent néces­saires pour satis­faire les exi­gences d’ap­proche de pré­ci­sion des caté­go­ries II ou III.

EGNOS (Euro­pean Geo­sta­tio­na­ry Over­lay Ser­vice), le pro­jet euro­péen, a été lan­cé par l’A­gence spa­tiale euro­péenne en 1994 ; il s’ap­puie sur les deux sys­tèmes GPS et GLONASS, d’une part pour amé­lio­rer les per­for­mances glo­bales et, d’autre part, pour réduire le fac­teur de dépen­dance par rap­port à un seul système.

De plus, EGNOS s’ap­puie sur deux satel­lites géo­sta­tion­naires de com­mu­ni­ca­tions INMARSAT III, qui couvrent l’en­semble de l’Eu­rope et ses approches. Ces satel­lites, équi­pés de trans­pon­deurs, vont relayer des signaux de mesure de dis­tances, de cor­rec­tions dif­fé­ren­tielles et d’in­té­gri­té vers les uti­li­sa­teurs équi­pés de récep­teurs EGNOS, ces uti­li­sa­teurs pour­ront être du domaine aérien, mari­time ou terrestre.

Le déploie­ment d’E­GNOS est pré­vu par étape avec notam­ment, en l’an 2000, la four­ni­ture d’une pre­mière grande capa­ci­té opé­ra­tion­nelle (AOC).

Dans sa ver­sion finale (FOC), EGNOS four­ni­ra des per­for­mances de navi­ga­tion com­plète, allant jus­qu’à 350 pieds de pré­ci­sion en approche et assu­rant un niveau » CAT 1 » pour l’at­ter­ris­sage des avions.

© AIRSYS ATM

L’élément décisif : le maillage

Dans le domaine des com­mu­ni­ca­tions et de leurs appli­ca­tions aéro­nau­tiques, c’est là que se situe un élé­ment clé pour la mise en place des nou­veaux concepts : cette approche est indis­pen­sable parce que, aujourd’­hui, trop d’é­changes sont réa­li­sés à la voix ce qui induit une grande perte de temps dans la coor­di­na­tion, y com­pris pour des tâches de rou­tine, qui peuvent par­fai­te­ment être prises en compte par l’in­for­ma­tique. Par ailleurs, l’au­to­ma­ti­sa­tion des échanges entre les cal­cu­la­teurs de bord de l’a­vion et les dif­fé­rents com­po­sants au sol doit per­mettre l’a­mé­lio­ra­tion de la navi­ga­tion, une plus grande sou­plesse dans la pla­ni­fi­ca­tion et la ges­tion des vols, une meilleure connais­sance mutuelle de la situa­tion aérienne et des inten­tions d’é­vo­lu­tion. C’est donc la base néces­saire pour une meilleure occu­pa­tion de l’es­pace aérien et éga­le­ment pour la ratio­na­li­sa­tion du coût des opérations.

Le sys­tème futur, » l’Ae­ro­nau­ti­cal Tele­com­mu­ni­ca­tion Net­work » (ATN), est basé sur une infra­struc­ture adap­tée aux besoins spé­ci­fiques de l’aé­ro­nau­tique en termes de per­for­mances, qua­li­té de ser­vices et inté­gri­té néces­saires à la sécu­ri­té des acti­vi­tés aériennes.

Le réseau » sol-sol » est consti­tué d’un réseau AFTN/CIDIN (Aero­nau­ti­cal Fixed Tele­com­mu­ni­ca­tion Network/ Com­mon ICAO Data Inter­change Net­work), de réseaux spé­ci­fiques des com­pa­gnies aériennes et de réseaux privés.

Le réseau air-sol s’ap­puie sur dif­fé­rents types de sous-réseaux pos­sibles, à savoir, les radios VHF et HF, les satel­lites de com­mu­ni­ca­tions et le radar Mode S. La par­tie aéro­por­tée com­prend essen­tiel­le­ment les uni­tés de ges­tion des com­mu­ni­ca­tions (CMU) et les bus de trans­fert de ces don­nées. L’in­ter­con­nexion avec le monde exté­rieur des com­mu­ni­ca­tions s’ef­fec­tue­ra à tra­vers des pas­se­relles spécifiques.

Le tra­vail de recherche et déve­lop­pe­ment de l’ATN a com­men­cé dès 1990 en Europe et des essais et expé­ri­men­ta­tions ont été lan­cés avec l’aide de la Com­mis­sion euro­péenne, d’Eu­ro­con­trol et de quelques admi­nis­tra­tions-pilotes. On peut citer notam­ment les pro­jets » Trial ATN Rou­ters » (TAR) et » Trials End Sys­tem » (TES), PETAL, PHARE, ADS Europe et EOLIA pour des expé­ri­men­ta­tions aéroportées.

Un réseau-pro­to­type est actuel­le­ment en cours de déploie­ment en Europe à tra­vers le pro­jet » Pro-ATN » et ses dif­fé­rents sites de vali­da­tion à Ban­ne­mouth (GB), Lan­gen (Alle­magne), Amster­dam, Tou­louse et Paris.

Le pro­jet EOLIA, qui traite essen­tiel­le­ment des appli­ca­tions aéro­nau­tiques, sera cou­plé à Pro-ATN et don­ne­ra lieu notam­ment à de nom­breuses démons­tra­tions en 1999, à l’oc­ca­sion du Salon aéro­nau­tique du Bour­get. La réa­li­sa­tion du réseau ATN est donc bien avan­cée et elle donne lieu à de nom­breuses coopé­ra­tions transatlantiques.

La déci­sion de déploie­ment reste à prendre mais la plu­part des élé­ments néces­saires au puzzle sont désor­mais en place.

L’exploitation au sol… ou à bord ?

Fort d’une infra­struc­ture CNS puis­sam­ment ren­for­cée, le monde de l’aé­ro­nau­tique est désor­mais en mesure d’a­mé­lio­rer radi­ca­le­ment l’ex­ploi­ta­tion avec, en par­ti­cu­lier, l’ob­jec­tif de dou­bler la capa­ci­té, de réduire le risque d’ac­ci­dents et de réduire bien sûr les coûts. L’en­semble de ce tra­vail reste for­te­ment orga­ni­sé autour des contrô­leurs, des pilotes, des opé­ra­teurs des com­pa­gnies aériennes et des aéroports.

Par consé­quent, l’in­ter­face homme-machine reste un élé­ment-clé des per­for­mances et de la sécu­ri­té des vols.

Un tra­vail impor­tant est actuel­le­ment en cours de déve­lop­pe­ment et de vali­da­tion pour l’aide aux contrô­leurs ; il s’a­git de sys­tèmes de pré­dic­tion et de négo­cia­tion de tra­jec­toires, de pré­dic­tion et d’aide à la réso­lu­tion de conflits, de sys­tèmes d’aide à la déci­sion pour les contrô­leurs, de tri et de pré­sen­ta­tion des infor­ma­tions pertinentes.

De plus, un gros tra­vail est en pré­pa­ra­tion pour la réa­li­sa­tion de nou­veaux sys­tèmes de trai­te­ment des plans de vol. Il s’a­git notam­ment de réno­ver les archi­tec­tures pour pré­pa­rer les nom­breuses évo­lu­tions pré­vi­sibles dans les vingt années à venir. Il s’a­git aus­si d’or­ga­ni­ser le tra­vail de pla­ni­fi­ca­tion, non plus au niveau d’un ou deux sec­teurs de contrôle, mais plu­tôt au niveau de l’Eu­rope, ceci devant per­mettre de ratio­na­li­ser les opé­ra­tions de trans­fert de res­pon­sa­bi­li­té et de limi­ter les conflits en les anti­ci­pant au maximum.

Par ailleurs, on peut ima­gi­ner, dans un ave­nir plus loin­tain, un cer­tain trans­fert de res­pon­sa­bi­li­té dans la réso­lu­tion des conflits et le choix des tra­jec­toires, vers l’a­vion. Ceci sera tech­ni­que­ment pos­sible grâce à l’ATN, mais à condi­tion de ne pas devoir rajou­ter un siège de contrô­leur auprès du pilote !…

Une volonté pour un résultat global

Voi­ci quelques grandes lignes d’ac­tion pour un indus­triel comme Air­sys ATM, qui s’ef­force de fédé­rer les éner­gies de l’in­dus­trie euro­péenne et relève le défi de la com­pé­ti­tion mon­diale, essen­tiel­le­ment repré­sen­tée par deux grands indus­triels américains.

Ceci nous oblige à inves­tir et à nous impli­quer dans la plu­part des axes de recherches, car ce que nos clients attendent de plus en plus, c’est un ser­vice clé en main pour l’en­semble de la chaîne CNS-ATM, un ser­vice où les hommes et les machines ont trou­vé leurs places dans la boucle et où ils col­la­borent har­mo­nieu­se­ment et effi­ca­ce­ment, et per­mettent ain­si d’at­teindre les per­for­mances glo­bales attendues.

Les solu­tions sont en vue, mais des déci­sions per­ti­nentes sont à prendre rapi­de­ment et elles exigent les outils de déci­sion col­lec­tive que sont les pla­te­formes de vali­da­tion et de démons­tra­tion pré-opé­ra­tion­nelle. Ces outils se mettent en place progressivement.

Ain­si, avec la volon­té des hommes, un new deal est pos­sible pour le déve­lop­pe­ment du trans­port aérien.

C’est une condi­tion néces­saire pour un nou­veau pro­grès dans l’his­toire de l’humanité.

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